(57)【要約】  複数種類の反応ガスと空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、複数種類の反応ガスの反応に伴って作動ガスが膨張可能である燃焼室（１１）と、作動ガスを含むガスを燃焼室（１１）の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室（１１）に供給可能であると共に、循環するガスから反応に伴って生成される生成物を取り除く除去装置（４０）が設けられた循環経路（２０）と、複数種類の反応ガスを燃焼室（１１）又は循環経路（２０）に供給可能な供給装置（３０）と、循環経路（２０）内の圧力を検出可能な圧力検出装置（６２）と、圧力検出装置（６２）が検出した循環経路（２０）内の圧力に基づいて供給装置（３０）から供給される少なくとも１種類の反応ガスの供給量を制御し当該循環経路（２０）内の圧力を調節する圧力制御を実行する制御装置（５０）とを備えることを特徴とするので、循環経路内の過剰な圧力変化を抑制することができる。
2011048624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の反応ガスと空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記複数種類の反応ガスの反応に伴って前記作動ガスが膨張可能である燃焼室と、
前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能であると共に、前記循環するガスから前記反応に伴って生成される生成物を取り除く除去装置が設けられた循環経路と、
前記複数種類の反応ガスを前記燃焼室又は前記循環経路に供給可能な供給装置と、
前記循環経路内の圧力を検出可能な圧力検出装置と、
前記圧力検出装置が検出した前記循環経路内の圧力に基づいて前記供給装置から供給される少なくとも１種類の前記反応ガスの供給量を制御し当該循環経路内の圧力を調節する圧力制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする、
作動ガス循環型エンジン。
【請求項２】
前記制御装置は、前記圧力検出装置が検出した前記循環経路内の圧力と大気圧との差圧の絶対値が予め設定される所定値以下となるように前記圧力制御を実行する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項３】
前記制御装置は、前記循環経路内の圧力を上昇させる前記圧力制御を実行する場合に前記供給装置から供給される少なくとも１種類の前記反応ガスの供給量を他の前記反応ガスとの前記反応の理論割合に応じた供給量より多い供給量に調節し、前記循環経路内の圧力を低下させる前記圧力制御を実行する場合に前記供給装置から供給される少なくとも１種類の前記反応ガスの供給量を他の前記反応ガスとの前記反応の理論割合に応じた供給量より少ない供給量に調節する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項４】
前記供給装置は、前記複数種類の反応ガスのうちの１つとして酸素を供給する酸素供給装置と、前記複数種類の反応ガスのうちの１つとして前記酸素によって燃焼する水素を供給する水素供給装置とを含んで構成され、
前記制御装置は、前記酸素供給装置から供給される前記酸素の供給量を制御し前記圧力制御を実行する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項５】
前記供給装置は、前記循環経路内の圧力を調節するために前記供給量が制御される前記反応ガスを前記循環経路に供給する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項６】
前記制御装置は、前記燃焼室にて前記複数種類の反応ガスの反応が行われている運転状態と、前記燃焼室にて前記複数種類の反応ガスの反応が行われていない運転状態との両方の運転状態で前記圧力制御を実行する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項７】
前記制御装置は、前記圧力検出装置が検出した前記循環経路内の圧力が大気圧より予め設定された所定値の範囲内で大きくなるように前記圧力制御を実行する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動ガス循環型エンジンに関し、特に作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な作動ガス循環型エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンとして、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な、いわゆる、クローズドサイクルエンジンとしての作動ガス循環型エンジンが知られている。このような従来の作動ガス循環型エンジンとして、例えば、特許文献１には燃焼室内にて燃料としての水素を燃焼させるとともに不活性ガスを作動ガスとして使用する内燃機関が開示されている。この内燃機関は、燃焼室から排出されたガスに含まれる生成物としての水蒸気を水分除去装置によって除去し、水蒸気を除去した不活性ガスを循環経路を介して燃焼室に再び循環させるとともに、除去した水に溶存している不活性ガスの分子を脱気装置によって気体の状態に戻しこれも燃焼室に再度供給することで、作動ガスの消費量を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０６４０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような特許文献１に記載されている内燃機関は、例えば、内燃機関本体の暖機状態や運転負荷状態の変化、あるいは、外部環境温度の変化に伴って循環経路内を循環するガスの温度が変化した場合に、当該ガスが膨張あるいは収縮することで基本的には閉じた系をなす循環経路内の圧力が過剰に変化するおそれがあった。【０００５】
そこで本発明は、循環経路内の過剰な圧力変化を抑制することができる作動ガス循環型エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、複数種類の反応ガスと空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記複数種類の反応ガスの反応に伴って前記作動ガスが膨張可能である燃焼室と、前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能であると共に、前記循環するガスから前記反応に伴って生成される生成物を取り除く除去装置が設けられた循環経路と、前記複数種類の反応ガスを前記燃焼室又は前記循環経路に供給可能な供給装置と、前記循環経路内の圧力を検出可能な圧力検出装置と、前記圧力検出装置が検出した前記循環経路内の圧力に基づいて前記供給装置から供給される少なくとも１種類の前記反応ガスの供給量を制御し当該循環経路内の圧力を調節する圧力制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする。【０００７】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記圧力検出装置が検出した前記循環経路内の圧力と大気圧との差圧の絶対値が予め設定される所定値以下となるように前記圧力制御を実行してもよい。【０００８】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記循環経路内の圧力を上昇させる前記圧力制御を実行する場合に前記供給装置から供給される少なくとも１種類の前記反応ガスの供給量を他の前記反応ガスとの前記反応の理論割合に応じた供給量より多い供給量に調節し、前記循環経路内の圧力を低下させる前記圧力制御を実行する場合に前記供給装置から供給される少なくとも１種類の前記反応ガスの供給量を他の前記反応ガスとの前記反応の理論割合に応じた供給量より少ない供給量に調節してもよい。【０００９】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記供給装置は、前記複数種類の反応ガスのうちの１つとして酸素を供給する酸素供給装置と、前記複数種類の反応ガスのうちの１つとして前記酸素によって燃焼する水素を供給する水素供給装置とを含んで構成され、前記制御装置は、前記酸素供給装置から供給される前記酸素の供給量を制御し前記圧力制御を実行してもよい。【００１０】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記供給装置は、前記循環経路内の圧力を調節するために前記供給量が制御される前記反応ガスを前記循環経路に供給してもよい。【００１１】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記燃焼室にて前記複数種類の反応ガスの反応が行われている運転状態と、前記燃焼室にて前記複数種類の反応ガスの反応が行われていない運転状態との両方の運転状態で前記圧力制御を実行してもよい。【００１２】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記圧力検出装置が検出した前記循環経路内の圧力が大気圧より予め設定された所定値の範囲内で大きくなるように前記圧力制御を実行してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る作動ガス循環型エンジンによれば、循環経路内の過剰な圧力変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの運転時圧力制御の一例を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの停止時圧力制御の一例を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図５】図５は、変形例に係る作動ガス循環型エンジンの運転時圧力制御の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
［実施形態］
図１は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図２は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの運転時圧力制御の一例を説明するフローチャート、図３は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの停止時圧力制御の一例を説明するフローチャート、図４は、実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの動作の一例を説明するタイムチャートである。
【００１７】
図１に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、エンジン本体１０の燃焼室１１に複数種類の反応ガスと空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、この燃焼室１１にて複数種類の反応ガスの反応に伴って作動ガスが膨張することで動力を発生させる。そして、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１の吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０を介して、燃焼室１１の排気側から吸気側に作動ガスを循環させ、基本的には大気へと放出することなく再びこの燃焼室１１に供給可能に構成したいわゆるクローズドサイクルエンジンである。燃焼室１１と循環経路２０とは、ともに作動ガスが充填されており、作動ガスは、燃焼室１１と循環経路２０との間で循環する。
【００１８】
ここで、この作動ガス循環型エンジン１に用いられる複数種類の反応ガスは、酸化剤としての酸素（Ｏ２）と燃料としての水素（Ｈ２）との２種類である。また、この作動ガス循環型エンジン１に用いられる作動ガスは、空気よりも比熱比の高いものであり、ここでは、単原子ガスのアルゴン（Ａｒ）である。アルゴンは、燃焼室１１において、酸素と水素との反応に伴って発生する反応熱、すなわち、水素の燃焼（発熱反応）に伴って発生する燃焼熱により膨張する。つまり、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内で水素を燃焼させ、この水素の燃焼に伴ってアルゴンを熱膨張させて動力を発生させることで熱効率を向上するものである。
【００１９】
具体的には、この作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、酸素、水素が反応する燃焼室１１が設けられるエンジン本体１０と、燃焼室１１の排気側と吸気側とを繋ぐ循環経路２０と、酸素、水素を供給する供給装置３０と、除去装置としての凝縮器４０と、制御装置としての電子制御装置５０とを備える。
【００２０】
エンジン本体１０は、複数種類の反応ガスとしての酸素及び水素と作動ガスとしてのアルゴンとが供給され、酸素、水素の反応に伴ってアルゴンが膨張可能であると共に、水素の燃焼後のガスとして水蒸気と作動ガスとを排気可能な燃焼室１１を含んで構成される。燃焼室１１は、シリンダヘッド１２の下面と、シリンダブロック１３のシリンダボア壁面と、ピストン１４の頂面とによって囲まれ区画された空間として形成される。ピストン１４は、コネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６に連結される。
【００２１】
エンジン本体１０は、シリンダヘッド１２に吸気ポート１７と排気ポート１８とが形成されている。吸気ポート１７と排気ポート１８とは、ともに循環経路２０の一部をなし、それぞれ一端が燃焼室１１に開口しこの燃焼室１１と連通している。エンジン本体１０は、吸気ポート１７に吸気弁１７ａが設けられ、排気ポート１８に排気弁１８ａが設けられる。吸気弁１７ａ、排気弁１８ａは、例えば、クランクシャフト１６の回転に連動して開閉駆動する。
【００２２】
循環経路２０は、アルゴンを含む循環ガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能なものである。この循環経路２０、燃焼室１１は、全体として、種々のシール部材などにより基本的には閉塞された空間をなし、作動ガス循環型エンジン１は、この循環経路２０と燃焼室１１とからなる閉塞された空間内に作動ガスとしてのアルゴンが充填される。
【００２３】
循環経路２０は、上述の吸気ポート１７及び排気ポート１８と、さらに、循環通路２１とを含んで構成される。循環通路２１は、例えば、流体が通過可能な筒状の配管内通路として形成され、吸気ポート１７と排気ポート１８とを燃焼室１１の外側で接続する。ここでは、循環通路２１は、複数に分割されており、この分割された循環通路２１の間に後述する凝縮器４０が設けられている。循環通路２１は、吸気側（例えば吸気管）が吸気ポート１７の燃焼室１１とは反対側の開口端部に接続され、排気側（例えば排気管）が排気ポート１８の燃焼室１１とは反対側の開口端部に接続される。
【００２４】
ここで、循環ガスとは、循環経路２０を介して燃焼室１１の排気側から吸気側に循環されるガスであり、作動ガスとしてのアルゴンの他、燃焼室１１での水素の燃焼後に燃焼室１１から排気される排気ガス等を含むものである。ここで、排気ガスとは、例えば、燃焼室１１での水素の燃焼後に残留する余剰の酸素、水素などからなる余剰ガスや水素の燃焼に伴って生成される生成物としての水蒸気（Ｈ２Ｏ）などを含むものである。つまり、ここでの循環ガスは、作動ガスとしてのアルゴン、燃焼後の余剰の酸素、水素などからなる余剰ガス、水蒸気などを含むものである。
【００２５】
循環経路２０は、アルゴンを含む循環ガスを循環通路２１、吸気ポート１７を介して燃焼室１１に供給する。循環経路２０を循環する循環ガスは、後述する酸素供給装置３１からの酸素と共に吸気弁１７ａの開弁時に燃焼室１１に吸気される。一方、循環経路２０は、アルゴンと共に排気ガスが燃焼室１１から排気ポート１８、循環通路２１に排出される。燃焼室１１での水素の燃焼後の排気ガスは、アルゴンと共に排気弁１８ａの開弁時に排気ポート１８に排気され、排気ガスとアルゴンとは、循環ガスとして循環経路２０を循環し再び燃焼室１１に吸気される。この循環経路２０は、その経路中に後述する凝縮器４０が設けられており、循環ガス中の水蒸気は、この凝縮器４０によって大部分が取り除かれ循環系の外に排出される。
【００２６】
供給装置３０は、複数種類の反応ガス、すなわち、酸素と水素とを燃焼室１１又は循環経路２０に供給するものである。供給装置３０は、複数種類の反応ガスのうちの１つとして酸素を循環経路２０に供給する酸素供給装置３１と、複数種類の反応ガスのうちの１つとして酸素によって燃焼する水素を燃焼室１１に供給する水素供給装置３２とを含んで構成される。
【００２７】
酸素供給装置３１は、循環経路２０、ここでは吸気ポート１７に酸素を供給する。酸素供給装置３１は、酸素タンク３１ａに貯留されている高圧酸素を供給配管３１ｂ上のレギュレータ３１ｃ、サージタンク３１ｄなどを介して噴射弁３１ｅに供給し、この噴射弁３１ｅから吸気ポート１７内に向けて噴射して供給する。噴射弁３１ｅは、吸気ポート１７内を燃焼室１１に向かって流れる循環ガス中に酸素を噴射する。また、酸素供給装置３１は、サージタンク３１ｄに酸素温度センサ３１ｆ、酸素圧力センサ３１ｇが取り付けられている。
【００２８】
水素供給装置３２は、燃焼室１１に直接的に水素を供給する。水素供給装置３２は、水素タンク３２ａに貯留されている高圧水素を供給配管３２ｂ上のレギュレータ３２ｃ、サージタンク３２ｄなどを介して噴射弁３２ｅに供給し、この噴射弁３２ｅから燃焼室１１内に向けて直接噴射して供給する。噴射弁３２ｅは、燃焼室１１内のガス中に水素を噴射する。また、水素供給装置３２は、サージタンク３２ｄに水素温度センサ３２ｆ、水素圧力センサ３２ｇが取り付けられている。
【００２９】
凝縮器４０は、循環経路２０に設けられ、循環経路２０を循環する循環ガスから酸素、水素の反応に伴って生成される生成物、すなわち、水蒸気を取り除くものである。凝縮器４０は、冷却水循環路４１に設けられた冷却水ポンプ４２が駆動しラジエータ４３にて冷却された冷却水が冷却水循環路４１を流動してこの凝縮器４０内部に移動することで、この冷却水と循環経路２０を流れる循環ガスとが熱交換しこの循環ガスを冷却する。これにより、凝縮器４０は、循環ガス中に含まれる水蒸気を液化・凝縮し凝縮水とし、循環ガスから水蒸気を分離する。そして、凝縮器４０によって水蒸気が分離された循環ガスは、このまま循環経路２０を循環し、凝縮器４０内の底部に溜まった凝縮水は、排水制御弁４４などを介して循環経路２０の系外に排出される。
【００３０】
電子制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路であり、作動ガス循環型エンジン１の各部を制御するものである。電子制御装置５０は、アクセル開度センサ６０、クランク角度センサ６１、酸素温度センサ３１ｆ、酸素圧力センサ３１ｇ、水素温度センサ３２ｆ、水素圧力センサ３２ｇなどが検出したアクセル開度、クランクシャフト１６の回転角度であるクランク角度、酸素温度、酸素供給圧力、水素温度、水素供給圧力などに対応した電気信号が入力される。例えば、電子制御装置５０は、クランク角度に基づいて作動ガス循環型エンジン１の各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に回転数を算出することができる。そして、電子制御装置５０は、種々のセンサの検出結果に応じて噴射弁３１ｅ、３２ｅ、冷却水ポンプ４２、排水制御弁４４などに駆動信号を出力しこれらの駆動を制御する。
【００３１】
上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内に水素と酸素とを供給し、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。すなわち、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１内に形成された高温の圧縮ガス（酸素及びアルゴン）の中に高圧の水素を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス（酸素）とが拡散混合しながら燃焼する。この燃焼室１１内での水素の燃焼によって、燃焼室１１の中では、水素と酸素が結合して水蒸気が生成されると共に、比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こす。この結果、この作動ガス循環型エンジン１は、水素の拡散燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１４が押し下げられ、このピストン１４がシリンダボア内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１つのサイクルとしてこのサイクルを繰り返し、この間、コネクティングロッド１５とクランクシャフト１６との作用によりピストン１４の往復運動がクランクシャフト１６の回転運動に変換され、これにより、作動ガス循環型エンジン１は、動力を発生する。
【００３２】
そして、作動ガス循環型エンジン１は、水素の燃焼とアルゴンの熱膨張とが一通り終わった際、排気弁１８ａの開弁に伴って、燃焼室１１内から余剰ガスや水蒸気を含む排気ガスがアルゴンと共に排気ポート１８に排出される。作動ガス循環型エンジン１は、余剰ガスや水蒸気を含む排気ガスとアルゴンとが循環ガスとして燃焼室１１に向けて循環経路２０を循環する際には、この循環ガス中の水蒸気が凝縮器４０にて液化・凝縮され分離される。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、比熱比の小さい水蒸気が燃焼室１１に供給されず、比熱比の大きいアルゴンが燃焼室１１へと再び供給されるので、作動ガスとしてのアルゴンによる熱効率の高い運転を行うことができる。
【００３３】
この間、電子制御装置５０は、基本的には、運転者によるアクセルペダルの操作量に相当するアクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて、現在のエンジン回転数において、運転者が要求する駆動力（エンジン出力）を得ることができる水素、酸素の供給量を決定し、これに応じて酸素供給装置３１、水素供給装置３２による酸素、水素の供給量（噴射量）や供給時期（噴射時期）を制御する。
【００３４】
ところで、作動ガス循環型エンジン１は、例えば、エンジン本体１０の暖機状態や運転負荷状態の変化、あるいは、外部環境温度の変化に伴って循環経路２０内を循環する循環ガスの温度が変化した場合に、当該ガスが膨張あるいは収縮することで基本的には閉じた系をなす循環経路２０内の圧力が過剰に変化するおそれがある。作動ガス循環型エンジン１は、例えば、運転が繰り返されることによってエンジン本体１０が冷間状態から暖機された状態になったり、エンジン本体１０が高負荷運転状態となり酸素と水素との燃焼で発生する発熱量が相対的に増加し燃焼室１１から排気される排気ガスの温度が上昇したりすることで、循環経路２０内を循環する循環ガスの温度が相対的に上昇する。逆に、作動ガス循環型エンジン１は、例えば、エンジン本体１０の運転が停止しエンジン本体１０が冷間状態になったり、エンジン本体１０が低負荷運転状態となり酸素と水素との燃焼で発生する発熱量が相対的に減少し燃焼室１１から排気される排気ガスの温度が低下したりすることで、循環経路２０内を循環する循環ガスの温度が相対的に低下する。そして、この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１から排出された作動ガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給する際に、燃焼室１１から排出された高温の作動ガスや排気ガスを含む循環ガスが基本的には循環経路２０から系外へと放出されない構成であるから、上記のように循環ガスの温度が変化しこれに伴ってガスが膨張あるいは収縮すると、循環経路２０内の圧力が変化することとなる。
【００３５】
そして、作動ガス循環型エンジン１は、例えば、循環経路２０内の圧力が過剰に上昇し循環経路２０の外部の圧力、すなわち、大気圧より過剰に大きくなると、循環経路２０を構成する吸気ポート１７、排気ポート１８、循環通路２１の各種通路配管やエンジン本体１０を構成するシリンダヘッド１２、シリンダブロック１３などの繋ぎ目を介して、循環経路２０の内部から循環経路２０の外部へのアルゴンなどの意図しない漏洩を招くおそれがある。逆に、作動ガス循環型エンジン１は、例えば、循環経路２０内の圧力が過剰に低下し大気圧より過剰に小さくなると、上記繋ぎ目を介して、循環経路２０の外部から循環経路２０の内部への空気の吸引、混入を招くおそれがある。ここで、このエンジンにおける理論熱効率ηｅをあらわす式は、例えば、下記の数式（１）で表すことができる。数式（１）において、εは圧縮比、κは作動ガスの比熱比を表す。
ηｅ＝１−ε（１−κ）    ・・・  （１）
【００３６】
このため、作動ガス循環型エンジン１は、上記のように循環経路２０内の圧力が過剰に変化することで、循環経路２０からのアルゴンの漏洩や循環経路２０への空気の混入が生じ、循環ガス中のアルゴンの比率が低下すると、結果的に作動ガス循環型エンジン１における熱効率が悪化するおそれがある。
【００３７】
そこで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、電子制御装置５０が循環経路２０内の圧力に基づいて供給装置３０から供給される少なくとも１種類の反応ガスの供給量を制御しこの循環経路２０内の圧力を調節する圧力制御を実行することで、循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制している。
【００３８】
電子制御装置５０は、供給装置３０から供給される複数種類の反応ガスのうちの１つの反応ガスの供給量を制御することでエンジン出力を目標の出力となるように調節し、他の１つの反応ガスの供給量を制御することで循環経路２０内の圧力を目標の圧力となるように調節する。本実施形態の電子制御装置５０は、水素供給装置３２から供給される水素の供給量を制御しエンジン本体１０の出力を調節する出力制御を実行し、酸素供給装置３１から供給される酸素の供給量を制御し循環経路２０内の圧力を調節する圧力制御を実行することで、エンジン出力の変化を抑制しつつ循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制している。
【００３９】
具体的には、作動ガス循環型エンジン１は、圧力検出装置としての圧力センサ６２と、濃度センサ６３とを備える。電子制御装置５０は、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力に基づいて圧力制御を実行する。作動ガス循環型エンジン１は、電子制御装置５０に機能概念的に取得判定部５１と、水素供給制御部５２と、酸素供給制御部５３とが設けられている。
【００４０】
圧力センサ６２は、循環経路２０内の圧力を検出可能なものである。ここでは、圧力センサ６２は、循環経路２０内の圧力と共に、循環経路２０の外部の大気圧も検出するものであり、例えば、循環経路２０内の圧力と大気圧との差圧を検出可能な差圧センサであってもよい。濃度センサ６３は、循環経路２０を循環する循環ガス中の少なくとも１種類の反応ガスの濃度を検出可能なものである。ここでは、濃度センサ６３は、圧力制御によってその供給量が制御される反応ガスの濃度、すなわち、循環ガス中の酸素濃度を検出する。圧力センサ６２、濃度センサ６３は、ともに循環経路２０の圧力、濃度を検出する。電子制御装置５０は、圧力センサ６２、濃度センサ６３が検出した循環経路２０内の圧力と大気圧、酸素濃度などに対応した電気信号が入力される。
【００４１】
取得判定部５１は、圧力制御や出力制御で用いられる種々の情報を取得したり、種々の判定を行ったりするものである。取得判定部５１は、上記各種センサからの電気信号に応じてアクセル開度、エンジン回転数、循環経路２０内の圧力と大気圧、循環経路２０内の酸素濃度、供給配管３１ｂの酸素温度及び酸素供給圧力、供給配管３２ｂの水素温度及び水素供給圧力などを取得する。そして、取得判定部５１は、これら取得した情報に基づいて種々の判定を行う。
【００４２】
水素供給制御部５２は、取得判定部５１が取得したアクセル開度、エンジン回転数、供給配管３２ｂの水素温度及び水素供給圧力などに基づいて、水素供給装置３２の噴射弁３２ｅの駆動を制御し、水素供給装置３２から供給される水素の供給量を制御するものである。水素供給制御部５２は、水素供給装置３２から供給される水素の供給量を制御することでエンジン本体１０の出力を目標の出力となるように調節する出力制御を実行する。水素供給制御部５２は、アクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて、現在のエンジン回転数において、運転者が要求する目標のエンジン出力を得ることができる水素の供給量を決定し、これに応じて水素供給装置３２による水素の供給量（噴射量）や供給時期（噴射時期）を制御する。
【００４３】
酸素供給制御部５３は、取得判定部５１が取得した循環経路２０内の圧力、大気圧、供給配管３１ｂの酸素温度及び酸素供給圧力などに基づいて、酸素供給装置３１の噴射弁３１ｅの駆動を制御し、酸素供給装置３１から供給される酸素の供給量を制御するものである。酸素供給制御部５３は、酸素供給装置３１から供給される酸素の供給量を制御することで循環経路２０内の圧力を目標の圧力となるように調節する圧力制御を実行する。
【００４４】
ここで、圧力制御における循環経路２０内の圧力の目標の圧力は、大気圧に対して、種々の繋ぎ目を介した循環経路２０からのアルゴンの漏洩や循環経路２０への空気の混入を防止できる程度で、所定の範囲を有して設定される。循環経路２０内の圧力の目標の圧力は、例えば、大気圧に対して±数ｋＰａから±１０ｋｐａ程度の範囲を有して設定される。すなわち、酸素供給制御部５３は、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力と大気圧との差圧の絶対値が予め設定される所定値以下ここでは数ｋＰａから１０ｋｐａ以下となるように圧力制御を実行する。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、圧力制御における目標の圧力の範囲を適正に設定することができ、繋ぎ目を介した循環経路２０からのアルゴンの漏洩や循環経路２０への空気の混入を防止した上で、圧力制御における目標の圧力の範囲が狭すぎることによる制御のばたつき、例えば、循環経路２０内の圧力の急変化に対して酸素の供給量が急激に増減されることを抑制することができ、運転状態の急変に適正に対応することができる。
【００４５】
つまり、酸素供給制御部５３は、圧力センサ６２が検出した大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値ここでは数ｋＰａから１０ｋｐａより大きくなった場合、言い換えれば、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力が大気圧から所定値を減算した圧力より低くなった場合に循環経路２０内の圧力を上昇させる圧力制御を実行する。一方、酸素供給制御部５３は、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力から大気圧を減算した差圧が所定値ここでは数ｋＰａから１０ｋｐａより大きくなった場合、言い換えれば、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力が大気圧に所定値を加算した圧力より高くなった場合に循環経路２０内の圧力を低下させる圧力制御を実行する。
【００４６】
そして、酸素供給制御部５３は、循環経路２０内の圧力を上昇させる圧力制御を実行する場合に、酸素供給装置３１から供給される酸素（本発明の少なくとも１種類の反応ガスに相当）の供給量を燃焼室１１での水素（本発明の他の反応ガスに相当）との反応の理論割合に応じた供給量より多い供給量に調節する。つまり、酸素供給制御部５３は、循環経路２０内の圧力が所定の範囲を有して設定される目標の圧力の下限値（上記の例では大気圧−数ｋＰａから１０ｋｐａ）より低くなった場合に、酸素供給装置３１から供給される酸素を上記理論割合に応じた供給量より多い供給量に調節する。ここで、燃焼室１１での水素との反応の理論割合に応じた酸素の供給量は、運転者が要求する目標のエンジン出力を得るべく水素供給制御部５２がアクセル開度やエンジン回転数等に応じて決定した量の水素を過不足なく燃焼させることができる供給量である。燃焼室１１での水素との反応の理論割合に応じた酸素の供給量は、典型的には、上記のように決定された水素の供給量に対してモル比で２分の１の供給量である。
【００４７】
この結果、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の圧力が所定より低下した場合に酸素供給制御部５３が酸素供給装置３１から供給される酸素を理論割合に応じた供給量より多い供給量に調節することで、燃焼室１１での水素の燃焼後に残留する余剰の酸素の量が増加し燃焼室１１から排気される排気ガス中の余剰ガスの量が増加する。よって、この作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環するガスの量を増加させることができ、これにより、循環経路２０内の圧力を上昇させることができる。
【００４８】
一方、酸素供給制御部５３は、循環経路２０内の圧力を低下させる圧力制御を実行する場合に、酸素供給装置３１から供給される酸素の供給量を燃焼室１１での水素との反応の理論割合に応じた供給量より少ない供給量に調節する。つまり、酸素供給制御部５３は、循環経路２０内の圧力が所定の範囲を有して設定される目標の圧力の上限値（上記の例では大気圧＋数ｋＰａから１０ｋｐａ）より高くなった場合に、酸素供給装置３１から供給される酸素を上記理論割合に応じた供給量より少ない供給量に調節する。
【００４９】
この結果、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の圧力が所定より上昇した場合に酸素供給制御部５３が酸素供給装置３１から供給される酸素を理論割合に応じた供給量より少ない供給量に調節することで、燃焼室１１での水素の燃焼において、酸素供給装置３１から供給された酸素に加えて、上記理論割合に応じた酸素の供給量に対する不足分として、循環経路２０を循環する循環ガス中に余剰ガスとして含有されている酸素が消費されることとなる。よって、この作動ガス循環型エンジン１は、循環ガス中の余剰ガスの量を減少させ循環経路２０を循環するガスの量を減少させることができ、これにより、循環経路２０内の圧力を低下させることができる。
【００５０】
このとき、作動ガス循環型エンジン１は、上記のように循環経路２０内の圧力を低下させる圧力制御を実行することで、例えば、循環経路２０内の圧力を上昇させる圧力制御を実行した際に増加した循環ガス中の余剰の酸素を循環経路２０の外部に放出することなく、燃焼室１１での水素の燃焼で消費することができることから、圧力制御に起因して酸素を無駄に消費してしまうことを防止することができる。
【００５１】
なお、酸素供給制御部５３は、上記のように循環経路２０内の圧力を低下させる圧力制御を実行する場合、循環経路２０を循環する循環ガス中に、余剰ガスとして燃焼室１１での水素の燃焼に必要な程度の所定量の酸素が含有されていることを条件に、酸素供給装置３１から供給される酸素を上記理論割合に応じた供給量より少ない供給量に調節し循環経路２０内の圧力を低下させる圧力制御を実行するようにするとよい。この場合、例えば、取得判定部５１は、濃度センサ６３からの電気信号に応じて循環経路２０内の酸素濃度を取得し、この酸素濃度に基づいて循環ガス中に今回のサイクルの燃焼室１１での水素の燃焼に必要な程度の所定量の酸素が含有されているか否かを判定する。そして、酸素供給制御部５３は、取得判定部５１が循環ガス中に上記所定量の酸素が含有されていると判定した場合に、循環経路２０内の圧力を低下させる圧力制御を実行する。
【００５２】
上記のようにしてこの作動ガス循環型エンジン１は、電子制御装置５０が酸素供給装置３１からの酸素の供給量を調節し圧力制御を実行することで、例えば、エンジン本体１０の暖機状態や運転負荷状態の変化、あるいは、外部環境温度の変化に伴って循環経路２０内を循環する循環ガスの温度が変化し当該ガスが膨張あるいは収縮した場合であっても循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制することができる。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の圧力が外部の圧力、すなわち、大気圧より過剰に高くなりすぎたりあるいは過剰に低くなりすぎたりすることを抑制し大気圧近傍で維持することができることから、種々の繋ぎ目を介した循環経路２０の内部から循環経路２０の外部へのアルゴンの漏洩や循環経路２０の外部から循環経路２０の内部への空気の吸引、混入を抑制することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、循環ガス中のアルゴンの比率が低下することを抑制することができ、この作動ガス循環型エンジン１における熱効率が悪化することを抑制することができる。
【００５３】
また、作動ガス循環型エンジン１は、例えば、循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制するために循環ガスの一部を循環経路２０から抜き取るための構成（例えば、ガス抜き通路や強制圧送手段としてのポンプ、貯留タンクなど）を別個に備えなくとも、酸素供給装置３１から供給される酸素の供給量を調節するだけで圧力変化を抑制することができるので、作動ガス循環型エンジン１を構成する部品点数が多くなることを抑制することができる。このため、作動ガス循環型エンジン１は、大型化や重量の増加を抑制することができるので、車両への搭載性の悪化を抑制すると共に製造コストの増加を抑制することができる。
【００５４】
また、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制することができることから、例えば、クランクシャフト１６などの摺動部のシール性能を十分すぎるほどの余裕を有して確保する必要がない。一般に、このような作動ガス循環型エンジン１ではクランクシャフト１６などの摺動部のシール性に比例してこの摺動部でのフリクションが増加する傾向にあるが、この作動ガス循環型エンジン１は、上記のように摺動部のシール性能を十分な余裕を有して確保する必要がないことから、この摺動部でのフリクションが増加することを抑制することができ、燃費を向上することができる。
【００５５】
また、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の圧力の過剰な上昇を抑制することができることから、例えば、循環経路２０内の圧力の過剰な上昇に対して、循環通路２１などの各種通路配管やエンジン本体１０を構成するシリンダヘッド１２、シリンダブロック１３などの構造部材の耐圧強度を増すことでさらなる耐圧性能を確保する必要もない。よってこの点でも、作動ガス循環型エンジン１は、大型化や重量の増加を抑制することができるので、車両への搭載性の悪化を抑制すると共に製造コストの増加を抑制することができる。
【００５６】
また、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の圧力の過剰な上昇を抑制することができることから、例えば、燃焼室１１内の最大筒内圧力が過剰に上昇することを抑制することができるので、構造部材の耐圧強度を増すことでさらなる耐圧性能を確保する必要もない。よってこの点でも、作動ガス循環型エンジン１は、大型化や重量の増加を抑制することができるので、車両への搭載性の悪化を抑制すると共に製造コストの増加を抑制することができる。
【００５７】
また、この作動ガス循環型エンジン１は、酸素供給装置３１から供給される酸素の供給量を制御し循環経路２０内の圧力を調節する圧力制御を実行していることから、上述のように燃焼室１１での水素の燃焼後に残留し循環ガス中に含有されうる余剰の反応ガスは酸素である。一般に、分子径が相対的に小さい水素よりも分子径が相対的に大きい酸素の方が繋ぎ目を介して漏れにくい傾向にある。この作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環する循環ガス中に含有されうる余剰の反応ガスが酸素であるため、上記繋ぎ目等におけるシールが比較的に容易であり、よって、この点でも製造コストの増加を抑制することができる。また、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環する循環ガス中に含有されうる余剰の反応ガスが酸素であるため、反応ガスが循環経路２０内で着火することがない。
【００５８】
また、この作動ガス循環型エンジン１は、供給装置３０をなす酸素供給装置３１が循環経路２０内の圧力を調節するために供給量が制御される反応ガスすなわち酸素を循環経路２０ここでは吸気ポート１７に供給する。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、噴射弁３１ｅから噴射される酸素と吸気ポート１７を通る循環ガスとを予め混ぜ合わせてから燃焼室１１に送り込ませることができ、例えば、燃焼室１１に直接供給する場合と比較して、燃焼室１１での水素の燃焼に対する圧力制御の影響を抑制することができ、燃焼室１１での水素の燃焼を安定させることができる。また、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０内の圧力を調節するために供給量が制御される酸素を循環経路２０に供給することから、例えば、後述するように運転停止中に圧力制御を実行する場合であっても、循環経路２０に酸素を供給することができる。
【００５９】
ここで、この本実施形態の電子制御装置５０は、燃焼室１１にて複数種類の反応ガスの反応が行われている運転状態と、燃焼室１１にて複数種類の反応ガスの反応が行われていない運転状態との両方の運転状態で圧力制御を実行するようにしてもよい。電子制御装置５０は、燃焼室１１にて酸素と水素との反応が行われている運転状態、すなわち、作動ガス循環型エンジン１が動力を出力している運転状態では運転時圧力制御を実行する。一方、電子制御装置５０は、燃焼室１１にて酸素と水素との反応が行われていない運転状態、すなわち、作動ガス循環型エンジン１の運転が停止した運転状態では停止時圧力制御を実行する。
【００６０】
作動ガス循環型エンジン１は、動力を出力している運転状態から運転が停止した状態に運転状態が移行すると、基本的には、循環経路２０内のガス（厳密に言えば運転が停止した状態では循環経路２０内のガスは循環していない。）の温度が相対的に低下する側に変化し、循環経路２０内の圧力が低下する側に変化することがほとんどである。よってここでは、電子制御装置５０が実行する停止時圧力制御は、基本的には、単純に酸素供給装置３１から酸素を供給することで循環経路２０内の圧力を上昇させる圧力制御である。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、運転が停止しエンジン本体１０が暖機された状態から冷間状態に移行するのに伴って循環経路２０内のガスの温度が低下し収縮しても、循環経路２０内の圧力が大気圧に対して過剰に低下することを防止することができ、運転の停止時であっても種々の繋ぎ目を介した循環経路２０の外部から循環経路２０の内部への空気の吸引、混入を抑制することができる。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、運転時に作動ガス循環型エンジン１における熱効率が悪化することを抑制することができる。
【００６１】
次に、図２、図３のフローチャートを参照して作動ガス循環型エンジン１の運転時圧力制御、停止時圧力制御の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。また、図３の停止時圧力制御は、作動ガス循環型エンジン１の運転停止後に常時実行されていてもよいし、タイマなどに応じて所定時間毎に実行されてもよい。
【００６２】
図２に示す運転時圧力制御では、まず、取得判定部５１は、アクセル開度センサ６０、クランク角度センサ６１からの電気信号に応じてアクセル開度、エンジン回転数を取得する（Ｓ１００）。
【００６３】
次に、水素供給制御部５２は、Ｓ１００にて取得判定部５１が取得したアクセル開度、エンジン回転数に基づいて、例えば、記憶部に予め記憶されている供給量マップ（不図示）から現在のエンジン回転数において運転者が要求する目標のエンジン出力を得ることができる水素の供給量Ａを算出する（Ｓ１０２）。
【００６４】
次に、酸素供給制御部５３は、Ｓ１０２にて水素供給制御部５２が算出した供給量Ａの水素を燃焼させるための理論割合に応じた酸素の供給量Ｂ（モル比で供給量Ａの２分の１の供給量）を算出する（Ｓ１０４）。
【００６５】
次に、取得判定部５１は、圧力センサ６２からの電気信号に応じて循環経路２０内の圧力と大気圧を取得する（Ｓ１０６）。
【００６６】
次に、取得判定部５１は、Ｓ１０６で取得した大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値ここでは数ｋＰａから１０ｋｐａより大きいか否かを判定する（Ｓ１０８）。
【００６７】
酸素供給制御部５３は、取得判定部５１により大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値より大きいと判定された場合（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、Ｓ１０４で算出した酸素の供給量Ｂを予め設定された量だけ増量して設定する（Ｓ１１０）。そして、水素供給制御部５２、酸素供給制御部５３は、Ｓ１０２で算出した水素の供給量Ａ、Ｓ１１０で増量設定した酸素の供給量Ｂに基づいて、酸素供給装置３１、水素供給装置３２を制御し水素、酸素の供給を実行し（Ｓ１１２）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００６８】
取得判定部５１は、Ｓ１０８にて、大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値以下であると判定した場合（Ｓ１０８：Ｎｏ）、次に、循環経路２０内の圧力から大気圧を減算した差圧が所定値より大きいか否かを判定する（Ｓ１１４）。
【００６９】
取得判定部５１は、循環経路２０内の圧力から大気圧を減算した差圧が所定値より大きいと判定した場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、次に、濃度センサ６３からの電気信号に応じて循環経路２０内の酸素濃度を取得し、この酸素濃度に基づいて循環ガス中の酸素量が今回のサイクルの燃焼室１１での水素の燃焼に必要な程度の所定量以上であるか否かを判定する（Ｓ１１６）。
【００７０】
酸素供給制御部５３は、取得判定部５１により循環ガス中の酸素量が所定量以上であると判定された場合（Ｓ１１６：Ｙｅｓ）、Ｓ１０４で算出した酸素の供給量Ｂを予め設定された量だけ減量して設定する（Ｓ１１８）。そして、水素供給制御部５２、酸素供給制御部５３は、Ｓ１０２で算出した水素の供給量Ａ、Ｓ１１８で減量設定した酸素の供給量Ｂに基づいて、酸素供給装置３１、水素供給装置３２を制御し水素、酸素の供給を実行し（Ｓ１１２）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００７１】
水素供給制御部５２、酸素供給制御部５３は、Ｓ１１４にて循環経路２０内の圧力から大気圧を減算した差圧が所定値以下であると判定された場合（Ｓ１１４：Ｎｏ）、Ｓ１１６にて循環ガス中の酸素量が所定量より少ないと判定された場合（Ｓ１１６：Ｎｏ）、Ｓ１０２で算出した水素の供給量Ａ、Ｓ１０４で算出した酸素の供給量Ｂに基づいて、酸素供給装置３１、水素供給装置３２を制御し水素、酸素の供給を実行し（Ｓ１１２）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００７２】
図３に示す停止時圧力制御では、まず、取得判定部５１は、種々の電気信号に基づいて、現在、作動ガス循環型エンジン１の運転が停止した状態であるか否か、すなわち、燃焼室１１にて酸素と水素との反応が行われていない運転状態であるか否かを判定する（Ｓ２００）。
【００７３】
取得判定部５１は、作動ガス循環型エンジン１の運転が停止した状態であると判定した場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、圧力センサ６２からの電気信号に応じて循環経路２０内の圧力と大気圧を取得する（Ｓ２０２）。
【００７４】
次に、取得判定部５１は、Ｓ２０２で取得した大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値ここでは数ｋＰａから１０ｋｐａより大きいか否かを判定する（Ｓ２０４）。
【００７５】
酸素供給制御部５３は、取得判定部５１により大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値より大きいと判定された場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、酸素供給装置３１を制御し予め設定された量の酸素の供給を実行し（Ｓ２０６）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００７６】
取得判定部５１は、Ｓ２００にて作動ガス循環型エンジン１の運転が停止した状態でないと判定した場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、Ｓ２０４にて大気圧から循環経路２０内の圧力を減算した差圧が所定値以下であると判定した場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００７７】
次に、図４のタイムチャートを参照して作動ガス循環型エンジン１の動作の一例を説明する。本図では、横軸を時間軸とし、縦軸を循環ガスの圧力、循環ガス中の酸素量、循環ガス温度としている。図中、実線は圧力制御有りの場合、点線は圧力制御無しの場合を示している。
【００７８】
この図４に示す例では、作動ガス循環型エンジン１は、時刻ｔ４で始動（燃焼室１１での酸素と水素との反応が開始）し時刻ｔ９で停止（燃焼室１１での酸素と水素との反応が停止）している。作動ガス循環型エンジン１は、時刻ｔ４以前の停止状態では、外気温度の変化に伴った循環ガス温度の低下に応じて電子制御装置５０が停止時圧力制御を実行する。ここでは、電子制御装置５０は、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけた循環ガス温度の低下に伴って酸素供給装置３１を制御し予め設定された量の酸素を供給する圧力制御を実行している。一方、電子制御装置５０は、時刻ｔ２から時刻ｔ４までは酸素の供給を停止している。
【００７９】
そして、作動ガス循環型エンジン１は、時刻ｔ４の始動から時刻ｔ９の停止までの運転状態では、エンジン本体１０の暖機状態や運転負荷状態の変化に伴った循環ガス温度の変化に応じて電子制御装置５０が運転時圧力制御を実行する。ここでは、電子制御装置５０は、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけた暖機運転時、時刻ｔ６から時刻ｔ７にかけた加速運転時の循環ガス温度の上昇に伴って酸素供給装置３１を制御し酸素の供給量を水素との理論割合に対して減量する圧力制御を実行している。また、電子制御装置５０は、時刻ｔ７から時刻ｔ８にかけた減速運転時の循環ガス温度の低下に伴って酸素供給装置３１を制御し酸素の供給量を水素との理論割合に対して増量する圧力制御を実行している。また、電子制御装置５０は、時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけた定常運転時、時刻ｔ８から時刻ｔ９にかけた定常運転時には酸素供給装置３１を制御し酸素の供給量を水素との理論割合と同等とする圧力制御を実行している。
【００８０】
そして、作動ガス循環型エンジン１は、時刻ｔ９以降の停止状態では、エンジン本体１０の自然徐冷に伴った循環ガス温度の低下に応じて電子制御装置５０が停止時圧力制御を実行する。ここでは、電子制御装置５０は、時刻ｔ９から時刻ｔ１０にかけた循環ガス温度の低下に伴って酸素供給装置３１を制御し予め設定された量の酸素を供給する圧力制御を実行している。
【００８１】
この結果、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室１１にて酸素と水素との反応が行われている運転状態と燃焼室１１にて酸素と水素との反応が行われていない運転状態との両方の運転状態で循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制することができる。
【００８２】
以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１によれば、複数種類の反応ガスと空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、複数種類の反応ガスの反応に伴って作動ガスが膨張可能である燃焼室１１と、作動ガスを含むガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能であると共に、循環するガスから反応に伴って生成される生成物を取り除く凝縮器４０が設けられた循環経路２０と、複数種類の反応ガスを燃焼室１１又は循環経路２０に供給可能な供給装置３０と、循環経路２０内の圧力を検出可能な圧力センサ６２と、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力に基づいて供給装置３０から供給される少なくとも１種類の反応ガスの供給量を制御しこの循環経路２０内の圧力を調節する圧力制御を実行する電子制御装置５０とを備える。したがって、上記の作動ガス循環型エンジン１は、電子制御装置５０が循環経路２０内の圧力に基づいて酸素の供給量を制御し圧力制御を実行することで、循環経路２０を循環するガスの量を調節することができ循環経路２０内の圧力を調節することができるので、循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制することができる。
【００８３】
なお、上述した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
【００８４】
以上で説明した電子制御装置５０は、例えば、圧力センサ６２が検出した循環経路２０内の圧力が大気圧より予め設定された所定値の範囲内で大きくなるように圧力制御を実行するように構成してもよい。図５は、変形例に係る作動ガス循環型エンジンの運転時圧力制御の一例を説明するフローチャートである。ここでは、図２で説明した運転時圧力制御と同様なステップについてはその説明をできるだけ省略する。この場合、電子制御装置５０の取得判定部５１は、圧力センサ６２からの電気信号に応じて循環経路２０内の圧力と大気圧を取得した後（Ｓ１０６）、Ｓ１０６で取得した循環経路２０内の圧力と大気圧とを比較し循環経路２０内の圧力が大気圧以下であるか否かを判定する（Ｓ１０８ａ）。酸素供給制御部５３は、取得判定部５１により循環経路２０内の圧力が大気圧以下であると判定された場合（Ｓ１０８ａ：Ｙｅｓ）、Ｓ１０４で算出した酸素の供給量Ｂを増量して設定する（Ｓ１１０）。一方、取得判定部５１は、循環経路２０内の圧力が大気圧より大きいと判定した場合（Ｓ１０８ａ：Ｎｏ）、次に、循環経路２０内の圧力から大気圧を減算した差圧が所定値より大きいか否かを判定する（Ｓ１１４）。
【００８５】
この場合、作動ガス循環型エンジン１は、電子制御装置５０によって、循環経路２０内の圧力が大気圧より予め設定された所定値の範囲内で大きくなるように圧力制御が実行されることから、繋ぎ目を介した循環経路２０への空気の混入を確実に防止することができる。この作動ガス循環型エンジン１は、例えば、仮に循環経路２０からアルゴンが漏洩した場合であっても比較的少量のアルゴン（すなわち漏洩した分のアルゴン）を循環経路２０内に補充することで作動ガス循環型エンジン１における熱効率を回復することができるが、仮に循環経路２０へ空気が混入した場合、熱効率を回復するためには比較的多量のアルゴンを循環経路２０内に補充し置換する必要がある。この点、作動ガス循環型エンジン１は、電子制御装置５０によって、循環経路２０内の圧力が大気圧より予め設定された所定値の範囲内で大きくなるように圧力制御を実行した場合、繋ぎ目を介した循環経路２０への空気の混入を確実に防止することができることから、仮に熱効率を回復するために循環経路２０内へのアルゴンの補充が必要になった場合でもその補充量を比較的少量にすることができる。
【００８６】
以上で説明した制御装置は、循環経路内の圧力と大気圧との差圧に基づいて圧力制御を行うものとして説明したが、単純に圧力検出装置が検出した循環経路内の圧力に基づいて圧力制御を行ってもよい。以上で説明した制御装置は、酸素供給装置から供給される酸素の供給量を制御しエンジン出力を調節する出力制御を実行し、水素供給装置から供給される水素の供給量を制御し循環経路内の圧力を調節する圧力制御を実行するようにしてもよく、この場合であっても上記と同様に適正に循環経路２０内の過剰な圧力変化を抑制することができる。
【００８７】
以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、燃料としての水素を循環経路２０の吸気ポート１７に噴射する構成であってもよいし、酸化剤としての酸素を燃焼室１１内に直接噴射する構成であってもよい。以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、燃料としての水素を拡散燃焼させるものとして例示したが、燃料に対して図示しない点火プラグで点火して、いわゆる、火花点火燃焼させる形態のものであってもよく、その燃料に対して点火プラグで点火して着火の補助を行い拡散燃焼させる形態のものであってもよい。
【００８８】
以上で説明した複数種類の反応ガスは、酸化剤としての酸素と燃料としての水素とに限らず、燃焼室にて反応に伴って作動ガスを膨張させることができると共に反応に伴って生成物を生成する複数種類のガス（気体）であればよい。また、以上で説明した作動ガスは、アルゴンに限らず、例えば単原子ガスであるヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な種々の作動ガス循環型エンジンに適用して好適である。
【符号の説明】
【００９０】
１    作動ガス循環型エンジン
１０    エンジン本体
１１    燃焼室
１７    吸気ポート
１８    排気ポート
２０    循環経路
２１    循環通路
３０    供給装置
３１    酸素供給装置
３２    水素供給装置
４０    凝縮器（除去装置）
５０    電子制御装置（制御装置）
６０    アクセル開度センサ
６１    クランク角度センサ
６２    圧力センサ（圧力検出装置）
６３    濃度センサ
【図１】
2011048624.tif 000003
【図２】
2011048624.tif 000004
【図３】
2011048624.tif 000005
【図４】
2011048624.tif 000006
【図５】
2011048624.tif 000007
【国際調査報告】
2011048624.tif 000008
2011048624.tif 000009